DE4425004A1 - Process for producing a nozzle plate with an intermediate layer embedded between the base body and the cutting body - Google Patents
Process for producing a nozzle plate with an intermediate layer embedded between the base body and the cutting bodyInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte mit zwischen einem Grundkörper und einer ringförmigen Schneidplatte einge lagerter Zwischenschicht im Bereich der Düsen zur Granulierung thermo plastischer Kunststoffe unter Wasser.The invention relates to a method for producing a nozzle plate inserted between a base body and an annular cutting plate stored intermediate layer in the area of the nozzles for granulation thermo plastic plastics under water.
Die Granulierung thermoplastischer Kunststoffe unter Wasser erfolgt durch Schneiden der aus Düsenbohrungen der Düsenplatte austretenden Kunststoff stränge mit unter Anpreßdruck die Schneidfläche abstreifenden Schneid messern. Daher sind für die Schneidfläche der Düsenplatte metallische Werk stoffe mit einem Karbidvolumen < 50% mit einer Karbidgröße < 10 µ erforder lich. Nachteilig bei diesen Hartstoff-Legierungen gegenüber Legierungen auf Eisenbasis mit z. B. martensitischem Gefüge ist ihr geringer Wärmeaus dehnungskoeffizient. Die hierbei zwischen den Grenzflächen der Werkstoffe auftretenden Spannungen führen zu Spannungsrissen in den Werkstoffen und damit zu Granulat minderer Qualität und vorzeitigem Ausfall des Werkstoffes.The granulation of thermoplastic materials under water takes place through Cutting the plastic emerging from the nozzle holes in the nozzle plate strands with cutting stripping the cutting surface under contact pressure knives. Therefore, the cutting surface of the nozzle plate is made of metal substances with a carbide volume <50% with a carbide size <10 µ are required Lich. A disadvantage of these hard alloys compared to alloys based on iron with z. B. martensitic structure is its low heat elongation coefficient. The here between the interfaces of the materials Stresses that occur lead to stress cracks in the materials and This leads to poor quality granules and premature failure of the material.
Bei einer aus der US PS 32 71 822 bekannten Ausführung sind in einer Senkung der Düsenplatte Formstücke aus gesintertem Wolframkarbid angebracht. Sie sind durch dünne Metallstreifen aus Silber und Kupfer untereinander sowie von der Düsenplatte getrennt und werden unter Vakuum hart gelötet, so daß die Spalten zwischen den Formstücken aufgefüllt sind.In a version known from US PS 32 71 822 are in a depression sintered tungsten carbide fittings are attached to the nozzle plate. she are by thin metal strips of silver and copper with each other as well separated from the nozzle plate and are brazed under vacuum so that the gaps between the fittings are filled.
Diese Einlagerung einzelner Formstücke in der Düsenplatte ist wegen des Verschleißes der mit Silberlot gefüllten und als Dehnfuge wirksamen Spalte nicht dauerhaft, da nach einiger Zeit Auswaschungen in den Dehnfugen auf treten, die den Schneidvorgang der Kunststoffstränge erheblich beeinträch tigen. Dies führt zu ungleichem und verbranntem Granulat beim Abschlag von der Schneidplatte. This storage of individual fittings in the nozzle plate is due to the Wear of the gaps filled with silver solder and acting as expansion joints not permanent, because after some time washouts in the expansion joints open occur that significantly affect the cutting process of the plastic strands term. This leads to uneven and burned granules when hitting the insert.
Bei einer weiteren aus der US PS 35 99 286 bekannten Düsenplatte ist die Schneidfläche in einer Aufschichtung aus mehreren Keramikschichten und da zwischen gelagerten, durch Flammspritzen mit diesen verbundenen dünnen Metallstreifen bestückt, welche die Düsenbohrungen einschließen und in diesem sandwichartigem Aufbau eine Wärmeisolierung bilden. Die obere die Schneidfläche der Schneidplatte bildende Keramikschicht ist aufgrund ihrer Sprödigkeit bruchgefährdet, da Wärmespannungen, verursacht durch den Kühl effekt des Granulierwassers bzw. durch die über die Düsen erfolgende Wärme zufuhr, nicht aufgefangen werden. Dies führt auch hier zu Dehnungsrissen in der Schneidfläche.In a further known from the US PS 35 99 286 nozzle plate Cutting surface in a stack of several ceramic layers and there between the thin ones that are connected by flame spraying Equipped metal strips, which enclose the nozzle holes and in form thermal insulation for this sandwich-like structure. The upper one Cutting surface of the ceramic layer forming the insert is due to its Brittleness at risk of breakage due to thermal stress caused by cooling effect of the pelletizing water or the heat from the nozzles feed, not to be caught. This also leads to expansion cracks in the cutting surface.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Düsenplatte mit einer fugenlosen und von der Auswirkung schädlicher Wärmespannungen befreiter Schneidplatte sowie eine hiernach hergestellte Düsenplatte anzugeben.The invention has for its object a method for manufacturing a nozzle plate with a seamless and damaging effect Thermal stresses freed cutting insert and a manufactured according to it Specify nozzle plate.
Diese Aufgabe ist nach den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved according to the features of claim 1.
Die nickelhaltige Zwischenschicht ermöglicht dank einer hohen Bruchdehnung von Σ < 30% als Pufferschicht einen Ausgleich zwischen dem Grundkörper und der Schneidplatte der Düsenplatte sich ergebender Wärmespannungen. Da die aufgrund der zwischen dem temperierten Grundkörper und der gekühlten Schneidplatte auftretenden unterschiedlichen Längenausdehnungen voll von der Zwischenschicht aufgenommen werden, kann die Schneidplatte stirnseitig fugenlos als Vollfläche ausgebildet werden.The nickel-containing intermediate layer enables thanks to a high elongation at break of Σ <30% as a buffer layer, a compensation between the base body and the cutting plate of the nozzle plate of resulting thermal stresses. There the due to the between the tempered body and the cooled Cutting insert occurring different lengths full of the intermediate layer can be included, the insert can be on the front be seamlessly designed as a full surface.
Durch die an sich bekannte heißisostatische Preßtechnik wird darüber hinaus eine im Betriebszustand latent in der Schneidplatte herrschende Druck spannung iniziiert, die unter Betriebsbedingungen existent bleibt. Da diese Druckspannung beim Abkühlungsprozeß nach dem heißisostatischen Preßvorgang von ca. 1300°C auf Raumtemperatur hierin eingelagert bleibt, treten im Betriebszustand keine Zugspannungen auf, wodurch jegliche Bruchgefahr der spröden, hochkarbidhaltigen Schneidplatte verhindert wird. Due to the hot isostatic pressing technique known per se, in addition a latent pressure in the cutting insert in the operating state initiated voltage that remains existing under operating conditions. This one Compressive stress in the cooling process after the hot isostatic pressing process remains stored here from approx. 1300 ° C to room temperature Operating condition no tensile stresses, which creates any risk of breakage brittle, high carbide insert is prevented.
Wenn die Zwischenschicht aus einem hochnickelhaltigen Metallpulvergemisch besteht, ist ein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient von ca. 14×10-6 m/m°K bei 300 °C ermöglicht, so daß noch verbleibende geringe Restspannungen aufgrund der niedrigen Streckgrenze leicht aufgenommen werden. Eine hochnickelhaltige Zwischenschicht bietet in besonderen Anwendungsfällen den Vorteil einer sehr guten Wärmeverteilung, insbesondere wenn es darauf ankommt, auch bei hochviskosen Kunststoffschmelzen noch einen gleichmäßigen Schmelzefluß zu erreichen.If the intermediate layer consists of a high-nickel metal powder mixture, a high coefficient of thermal expansion of approx. 14 × 10 -6 m / m ° K at 300 ° C is made possible, so that remaining low residual stresses are easily absorbed due to the low yield strength. A special nickel-containing intermediate layer offers the advantage of very good heat distribution in special applications, especially when it is important to achieve a uniform melt flow even with highly viscous plastic melts.
Besteht die Zwischenschicht nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung aus einer austenitischen Legierung, können wegen ihres hohen Ausdehnungskoeffizienten bei 300°C von bis zu 18×10-6 m/m°K in verstärktem Maße latent wirksame Druckspannungen durch das heißisostatische Preßverfahren eingearbeitet werden, mit der Folge, daß Zugspannungen, hervorgerufen durch Wärmedehnungen, im Betriebszustand überhaupt nicht auftreten. Dies reduziert jegliche Bruchgefahr der an sich spröden, hochkarbidhaltigen Schneidplatte, die praktisch keine Zugspannungen übertragen kann.If, according to a further advantageous embodiment of the invention, the intermediate layer consists of an austenitic alloy, because of its high coefficient of expansion at 300 ° C. of up to 18 × 10 -6 m / m ° K, latently effective compressive stresses can be incorporated to an increased extent by the hot isostatic pressing process. with the result that tensile stresses, caused by thermal expansion, do not occur at all in the operating state. This reduces any risk of breakage of the brittle, high carbide-containing cutting insert, which can transmit practically no tensile stress.
Bei einer Kombination von mehreren Schichten in einer Ausgestaltung der Erfindung nach den Ansprüchen 4 bis 7 werden neben den Vorteilen eines wirksamen Spannungsausgleiches zwischen der Schneidplatte und der Grund platte neben einer Wärmeverteilung noch die Vorteile einer Wärmedämmung erreicht.With a combination of several layers in an embodiment of the Invention according to claims 4 to 7, in addition to the advantages of a effective tension compensation between the insert and the base in addition to heat distribution, the advantages of thermal insulation reached.
Hierfür haben sich in besonderem Maße als wärmedämmende Pufferschicht austenitische Legierungen wie auch Titanlegierungen als besonders geeignet erwiesen.To this end, they have been used to a particular extent as a heat-insulating buffer layer austenitic alloys as well as titanium alloys are particularly suitable proven.
Eine Einbettung der Titanlegierung zwischen den Schichten hochnickelhaltiger Legierungen verbindet die Vorteile einer hohen Eigenstabilität mit einer besonders guten Wärmeverteilung im Bereich der Düsen. Außerdem werden ver stärkt unterschiedliche Wärmedehnungen durch die in einer Kombination vor handenen Schichten aufgenommen.Embedding the titanium alloy between the layers of high nickel content Alloys combine the advantages of high inherent stability with one particularly good heat distribution in the area of the nozzles. In addition, ver strengthens different thermal expansions through the combination existing layers added.
In der Zeichnung sind zur Erläuterung der Erfindung Ausführungsbeispiele näher gezeigt und nachstehend beschrieben. Hierin zeigtIn the drawing, exemplary embodiments are used to explain the invention shown in more detail and described below. Here shows
Fig. 1 den Ausschnitt einer Düsenplatte in Stirnansicht, Fig. 1 a section of a nozzle plate in end view,
Fig. 2 die Düsenplatte nach Fig. 1 in einem Teilschnitt, Fig. 2 shows the nozzle plate of FIG. 1 in a partial section,
Fig. 3 einen Teilschnitt aus Fig. 2 in vergrößerter Darstellung, Fig. 3 is a partial section of FIG. 2 in an enlarged scale;
Fig. 4 u. Fig. 5 eine weitere Ausbildung nach der Erfindung, ebenfalls in vergrößerter Darstellung. Fig. 4 u. Fig. 5 shows another embodiment of the invention, also in an enlarged view.
Wie in der Fig. 1 und der Fig. 2 dargestellt ist, besteht die Düsen platte (1) für die Unterwasser-Granulierung thermoplastischer Kunststoffe aus einem Grundkörper (2), der mittels einer Schraubverbindung (3) mit dem Austrittsende eines nicht näher dargestellten Extruders, in welchem die Aufbereitung einer Kunststoffschmelze erfolgt, fest verbunden ist.As shown in Fig. 1 and Fig. 2, the nozzle plate ( 1 ) for underwater pelletizing thermoplastics from a base body ( 2 ) by means of a screw connection ( 3 ) with the outlet end of an extruder, not shown , in which the processing of a plastic melt takes place, is firmly connected.
Die Düsenplatte (1) ist aus einem korrosionsfesten Grundwerkstoff, beispielsweise aus Chromstahl, gebildet, mit im Volumenprozent ca. 13% Cr, der zerspanend bearbeitbar ist. Hierin sind mit über einen ringförmigen Einlaufkanal (5) und Zulaufbohrungen (4) verbundene Düsen (6) angeordnet, die in einer ringförmigen Erhebung (7) des Grundkörpers austreten. Hierbei können die Düsen (6), wie gezeigt, kreisförmig angeordnet sein, jede andere Anordnung ist ebenfalls denkbar. Heizungskanäle (9), die mit einem Wärmeträger, wie z. B. Wasserdampf, beschickt werden, beheizen die Zulaufbohrungen (4), insbesondere deren Übergangsbereich zu den Düsen (6). Die von Schneidmessern (10) einer nicht näher dargestellten Schneideinheit unter leichtem Anpreßdruck überstrichene Schneidfläche (8) hingegen wird durch das Umgebungswasser gekühlt. Die aus den Düsen (6) austretenden Kunststoffstränge werden von den Schneidmessern (10) im Umgebungswasser abgeschlagen. The nozzle plate ( 1 ) is made of a corrosion-resistant base material, for example of chrome steel, with a volume percentage of approximately 13% Cr, which can be machined. Herein are arranged nozzles ( 6 ) connected via an annular inlet channel ( 5 ) and inlet bores ( 4 ), which emerge in an annular elevation ( 7 ) of the base body. As shown, the nozzles ( 6 ) can be arranged in a circle, any other arrangement is also conceivable. Heating channels ( 9 ) with a heat transfer medium, such as. B. steam, are fed, heat the inlet bores ( 4 ), in particular their transition region to the nozzles ( 6 ). The cutting surface ( 8 ), which is swept by cutting knives ( 10 ) of a cutting unit (not shown in more detail under light pressure), is cooled by the ambient water. The plastic strands emerging from the nozzles ( 6 ) are knocked off by the cutting blades ( 10 ) in the surrounding water.
Um bei dem an der Schneidfläche (8) der Schneidplatte (12) wirksamen An preßdruck der Schneidmesser (10) mit hoher Standzeit der Schneidplatte (12) granulieren zu können, ist diese weitgehend aus karbidhaltigem Hartstoff gebildet.In order to be able to granulate at the cutting surface ( 8 ) of the cutting plate ( 12 ) effective contact pressure of the cutting knife ( 10 ) with a long service life of the cutting plate ( 12 ), this is largely formed from carbide-containing hard material.
Nachteilig bei solchen Hartstoff-Legierungen ist der relativ geringe Wärme ausdehnungskoeffizient gegenüber Eisenbasis-Legierungen, aus welchem der Grundkörper (2) der Düsenplatte (1) hergestellt ist.A disadvantage of such hard material alloys is the relatively low coefficient of thermal expansion compared to iron-based alloys from which the base body ( 2 ) of the nozzle plate ( 1 ) is made.
Um den hieraus nachteiligen folgen zu begegnen, ist, wie in Fig. 3 näher gezeigt, zwischen dem Grundkörper (2) und der Schneidplatte (12) eine Zwischenschicht (13), bestehend aus einem nickelhaltigen Metallpulvergemisch, eingearbeitet. Die Einarbeitung erfolgt durch heißisostatisches Pressen unter Druck und erhöhter Temperatur, wodurch das entstehende isotrope Gefüge des Metallpulvergemisches der Zwischenschicht (13) durch Diffusions schweißen mit der Schneidplatte (12) und dem Grundkörper (2) verbunden wird.In order to counteract the disadvantageous consequences of this, an intermediate layer ( 13 ) consisting of a nickel-containing metal powder mixture is incorporated between the base body ( 2 ) and the cutting plate ( 12 ), as shown in more detail in FIG. 3. The incorporation is carried out by hot isostatic pressing under pressure and elevated temperature, as a result of which the isotropic structure of the metal powder mixture of the intermediate layer ( 13 ) is welded by diffusion to the cutting plate ( 12 ) and the base body ( 2 ).
Das heißisostatische Preßverfahren ist an sich bekannt. Es wurde über raschend gefunden, daß durch dessen Anwendung bei Einsatz einer nickel haltigen, relativ dünnen Zwischenschicht eine duktile Pufferschicht zwischen Grundkörper (2) und Schneidplatte (12) geschaffen wird, die einen hervorragenden Ausgleich unterschiedlicher Wärmedehnungen zwischen dem Grundkörper (2) und der Düsenplatte (12) ermöglicht.The hot isostatic pressing process is known per se. It was surprisingly found that by using a nickel-containing, relatively thin intermediate layer, a ductile buffer layer is created between the base body ( 2 ) and the insert ( 12 ), which provides an excellent compensation for different thermal expansions between the base body ( 2 ) and the nozzle plate ( 12 ) enables.
Das Metallpulvergemisch ist vorzugsweise in Gewichtsprozenten wie folgt
zusammengesetzt:
98,62 Ni, 0,02 C, 0,35 Mn, 0,40 Fe, 0,01 S, 0,35 Si, 0,25 Cu.The metal powder mixture is preferably composed in percentages by weight as follows:
98.62 Ni, 0.02 C, 0.35 Mn, 0.40 Fe, 0.01 S, 0.35 Si, 0.25 Cu.
Die Schneidplatte (12) besteht vorzugsweise aus einem Hartstoff mit einem Titankarbidgehalt zwischen 25 und 35 Gewichtsprozent in korrosionsfester Bindephase, wie dieser z. B. unter der Bezeichnung Nicro 128 der Fa. Thyssen handelsüblich ist. The cutting plate ( 12 ) preferably consists of a hard material with a titanium carbide content between 25 and 35 percent by weight in the corrosion-resistant binding phase, such as this. B. is commercially available under the name Nicro 128 from Thyssen.
Besteht die Zwischenschicht (13) aus einer Legierung mit sehr hohem Nickel anteil, d. h. in Gewichtsprozenten mit mehr als 90% Nickel, wird durch die hohe Wärmeleitfähigkeit der Zwischenschicht (13) im Bedarfsfalle über wiegend eine optimale Wärmeverteilung von den Heizkanälen (9) zu den Düsen (6) ermöglicht, so daß insgesamt ein gleichmäßiger Kunststoffschmelz fluß in den Düsen (6) erreicht ist.If the intermediate layer ( 13 ) consists of an alloy with a very high nickel content, i.e. in percentages by weight with more than 90% nickel, the high thermal conductivity of the intermediate layer ( 13 ) will, if necessary, predominantly result in optimal heat distribution from the heating channels ( 9 ) to the Nozzles ( 6 ) allows so that overall a uniform plastic melt flow in the nozzles ( 6 ) is reached.
Einen Aufbau der Zwischenschicht (13) aus zwei Schichten zeigt die Fig. 4. nach welcher der Grundkörper (2) mit einer austenitischen Legierung (16) verbunden ist, deren Nickelanteil zwischen 8 und 15 Gewichtsprozent be trägt, während die Schneidplatte (12) mit einer hochnickelhaltigen Legierung (11) verbunden ist. Hierbei reduziert die austenitische Legierung (16) Wärmeverluste der Düsenplatte (1) an das Granulierwasser, während die hochnickelhaltige Legierung (11) wiederum eine gleichmäßige Wärmeverteilung zwischen den Düsen (6) ermöglicht.A construction of the intermediate layer ( 13 ) from two layers is shown in FIG. 4, according to which the base body ( 2 ) is connected to an austenitic alloy ( 16 ), the nickel content of which is between 8 and 15 percent by weight, while the cutting insert ( 12 ) a high nickel alloy ( 11 ) is connected. The austenitic alloy ( 16 ) reduces heat losses from the nozzle plate ( 1 ) to the pelletizing water, while the high nickel alloy ( 11 ) in turn enables a uniform heat distribution between the nozzles ( 6 ).
Weiterhin kann die Zwischenschicht (13), wie in Fig. 5 gezeigt ist, vor teilhaft auch aus 3 Einzelschichten von Metallpulvergemischen aufgebaut sein. Dabei schließen zwei hochnickelhaltige Legierungen (14) eine Titan legierung (15) ein.Furthermore, the intermediate layer ( 13 ), as shown in FIG. 5, can also be built up partially from 3 individual layers of metal powder mixtures. Two high-nickel alloys ( 14 ) include a titanium alloy ( 15 ).
Die hochnickelhaltige Legierung (14) ist in den in Fig. 4 und Fig. 5 ge zeigten Beispielen jeweils mit einem Nickelanteil von mehr als 90 Gewichts prozenten aufgebaut.The high nickel content alloy (14) is in the 5 ge in Fig. 4 and Fig. Examples shown respectively with a nickel content of more than 90 weight percent constructed.
Die hohe Isolationsfähigkeit der Titanlegierung (15) mit in Gewichtsprozent 90% Titan zwischen den aus jeweils einer hochnickelhaltigen Legierung (14) gebildeten Schichten dient insbesondere einer Wärmedämmung der Düsenplatte (1).The high insulation capacity of the titanium alloy ( 15 ) with 90% titanium in weight percent between the layers formed from a high nickel alloy ( 14 ) serves in particular to insulate the nozzle plate ( 1 ).
Ihre in nachteiliger Weise geringe Bruchdehnung ist unschädlich, da sie zwischen zwei duktilen Pufferschichten hoher Bruchdehnung eingebettet ist. Their disadvantageously low elongation at break is harmless since they is embedded between two ductile buffer layers with high elongation at break.
Die vorgeschlagene Vorgehensweise ermöglicht insgesamt eine als Vollfläche ausgebildete Schneidfläche (8) der Schneidplatte (12), mit den Vorteilen hoher Eigenstabilität und hervorragender Wärmeverteilung im Düsenbereich, da kein unterschiedlicher Verschleiß an der Schneidfläche auftritt.The proposed procedure enables a cutting surface ( 8 ) of the cutting plate ( 12 ) which is designed as a full surface, with the advantages of high inherent stability and excellent heat distribution in the nozzle area, since no different wear occurs on the cutting surface.
Claims (8)
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